并联电容器组的使用浅谈

李朝顺，王 勇

(沈阳电力勘测设计院，辽宁 沈阳 110003)

1 并联电容器组的作用

并联电容器是一种无功补偿设备。通常(集中补偿式)接在变电站的低压母线上，其主要作用是补偿系统的无功功率，提高功率因数，从而降低电能损耗、提高电压质量和设备利用率。

通过简单的计算，可以得出表1。

表1 安装并联电容器组的效益汇总

2 并联电容器组安全运行的条件

为了保证并联电容器组可靠安全的运行，必须采取有效的措施，使电容器组的三相电容经常保持平衡，条件是：

⑴ 不发生过电压，主要是操作过电压，这是电容器和附属设备损坏的主要原因。

⑵ 不受电力系统高次谐波、三相电压不平衡和一相接地的影响。

⑶ 必须保证电容器(元件)故障后，剩余健全电容器(元件)的过电压不超过额定电压的1.1倍。

3 并联电容器组的保护与接线方式

并联电容器的接线方式有：采用开口三角电压保护的单星形接线、相电压差保护和相电流横差保护的非对称接线，中性点电流差保护的双星形接线。

3.1 开口三角电压保护的接线方式

开口三角电压保护的接线方式见图1。

图1 开口三角电压保护接线图

这种接线法是所有并联电容器组接线保护法中，最简单、可靠的。放电线圈作为残余电容电荷快速放掉外，还作继电保护。加入一块电压继电器，便构成完整的一套装置。如果开口三角电压偏低，加入一只升压小变压器，达到电压继电器启动的要求。

3.2 相电压差保护接线方式

相电压差保护接线方式图2。

图2 相电压差保护接线图

这种接线法，同开口三角电压法一样，简单可靠。采用非对称接线的目的，主要是提高部分电容器保护的灵敏度。

3.3 双星形中性点电流差接线方式

双星形中性点电流差接线方式见图3。

图3 双星型中性点电流差保护接线图

这种接线法适用于电容器组的容量较大和台数较多。目的就是降低一台电容器损坏时的故障电流。为了提高这种接线的继电保护灵敏度，可以采用电流互感器的电流比是5/5A，还可以采用两星形的非对称的接线法。令左边星的并联台数比右边多一台。按左边星计算继电保护启动值，并整定。当右边星电容器故障时，就可以得到继电保护的灵敏度高于左边星，加速继电保护动作。

4 一台电容器的元件接线方式和一相电容器的接线方式

4.1 一台电容器的元件接线法

这里规定一台电容器的接线法，目的就是一个元件短路故障时，限制一台电容器的故障电流不超过它的额定电流的两倍。

4.1.1 内熔丝电容器的元件接线法

1974年德国Held首先提出内熔丝电容器的内熔丝的试验条件后。1984年瑞典ASEA公司则做了具体的规定，见图4。为了限制健全元件注入故障元件的电流。英国BICC和瑞典ASEA规定每段元件并联数是9～10。

图4 内熔丝电容器元件接线图

4.1.2 外熔丝电容器的元件接线法

为了限制外熔丝电容器的故障电流不超过它的额定电流2倍。ASEA的电容器元件接线法，是少并多串。国产11kV/ 3，100kVAR电容器元件接线是4并4串。而瑞典ASEA则是分成两支路，每支路是3并4串。15kV电容器的元件接法见图5。

图5 外熔丝电容器元件接线图

4.1.3 无熔丝电容器的元件接线法

无熔丝电容器的元件是串联或两个元件并联之后再串联，如1984年华东电管局供用电处编的《并联电容器的补偿装置技术》介绍日本日新公司的单台66kV/ 3、3334kVAR集合式电容器的一台元件接线图如图6(a)。美国电力公司(AEP)新设计的138kV，57.6MVAR电容器组的一台电容器元件接线图如图6(b)。

11kV/ 3及以下无熔丝电容器的元件接线。取6个元件串联，一个元件短路时，健全元件过电压是它的额定电压1.2倍。即应停止运行。

图6 一台电容器的元件接线图

4.2 一相电容器的接线法

这里讨论的是一相两段以上电容器的接线法。内、外熔丝电容器的接线法基本上是先并后串。但应先计算一台电容器故障时的故障电流是否超过它的额定电流两倍。否则应先串后并。

为了保证电容器剩余健全元件的过电压不超过1.1倍和故障电流不超过2倍。无熔丝电容器的一相接线是先串后并，见图7(a)和(b)。

图7 一相电容器接线图

5 附属设备的技术条件

并联电容器组的附属设备有：连接导线、绝缘子、隔离开关，断路器、串联电抗器、放电装置、电流互感器和熔断器等。这些设备的额定电压必须符合系统的额定电压。它们的额定电流大于1.1×1.3=1.43倍电容器组的额定电流，需要着重说明的是断路器、串联电抗器、放电装置、电流互感器和熔断器五种设备。

5.1 断路器

并联电容器组对断路器的要求很严格。一是三相同步，如果不同步后合闸的一相将发生起弧，产生过电压。二是不发生操作过电压，发生操作过电压时，烧损断路器的触头外，还损坏电容器。采用真空断路器，则需加装金属氧化物避雷器(MOA)。11kV和35kV电容器组选用MOA的参数见表2。

表2 并联电容器组选用MOA的参数

表中直流——毫安残压U1mA是投入运行时和维护期间必须测定的参数，好判定它的好坏。

MOA应安装在电容器组的末端，原因是产生高电压行波到达电容器末端的反射，两倍升高，易造成套管闪络放电，烧断导线。

5.2 铁芯电抗器

为避免过电压和过电流都会引起电抗器温度过高和发生噪音，应按照1.35倍电容器组电流设计电抗器的容量。为了限制合闸涌流，最好选用0.1%～1%参数的串联电抗。

5.3 放电装置

放电装置是并联电容器组停止运行后，将残留在电容器的电荷电压放掉，避免下一次投入运行时，发生两倍以上的合闸过电压，或停运期间，误击工作人员。放电的措施有二：一是电阻放电，在五分钟内，从运行电压降到50V。二是放电线圈或电压互感器，它除了放电作用外，还有作为系统三相电压不平衡的开口三角电压的继电保护，或者一相电容器上，下两层的电压不对称的继电保护。如果放电线圈只作为放电作用，它的二次侧接线宜加入适当的电阻负荷，避免过电压时，铁芯饱和产生铁磁谐振(Ferroresonance)，损坏放电线圈。

5.4 电流互感器

双星型电容器组中性点电流差保护用的电流互感器。因一台电容器故障时，通过它的电流较少，它的电流比值宜选5/5A可以提高继电保护的灵敏度。

采用中性点电流差保护最大的缺点是，电容器组内任何一台电容器故障时，若击穿点重燃，产生高频谐波的过电压，它的电流在两星间循环，在电流互感器二次侧线圈感应更高的电压，将击穿电流互感器二次侧的线圈、电缆和继电器。使继电保护失去作用，至而电容器组发生严重的故障及至火灾，这是国内外双星型电容器组发生故障时，出现的现象。防止电流互感器因高频谐波击穿的对策，最有效的措施是电流互感器一次回路串接容抗3.6%的电抗器，抑制高频谐波的过电压。

5.5 熔丝保护

熔丝保护分外熔丝和内熔丝两种。

⑴ 外熔丝保护是美国首先倡导，分熔丝管和熔体两部分。美国西屋公司的熔丝管耐爆能量是50kJ。熔丝的额定电流是电容器额定电流的1.65倍～2倍。0.1s的熔断电流为300s熔断电流的6倍～7倍。一台电容器全短路时的故障电流是电容器额定电流12倍。

⑵ 内熔丝保护，首先是由德国W.Held等提出它的试验要求条件后，瑞典ASEA(ABB)明确地指出，熔丝的熔断电流是元件额定电流的15倍～20倍，熔断时间只有两三周波(a few cycles)，少于1s大于0.1ms(0.1ms

6 并联电容器组继电保护计算公式

内、外熔丝和无熔丝并联电容器组的继电保护整套有关计算公式。对称和非对称接线保护的计算共用一个公式表示。

6.1 符号说明

表3 符号说明

6.2 开口三角电压保护计算公式

表4 开口三角电压保护计算公式

6.3 相电压差保护计算公式

表5 相电压差保护计算公式

6.4 双星电流差保护计算公式

表6 双星电流差保护计算公式

(续)

以上三种继电保护整定均未考虑系统三相电压不平衡和电容误差。宜在电容器组投入运行前测定为准，如有必要，可参考ANSI/IEEE标准C37.00-1980“并联电容器组保护导则”给出的表7的计算公式[14]，进行计算。

表 电容器组固有不平衡的位移值表

7 结语

本文是从原理到应用，探讨并联电容器组的选择法，并联电容器组的作用、效益、安全运行必具的条件和可靠的接线方式和保护方案。提出继电保护整定的计算公式，以符合内、外熔丝和无熔丝并联电容器组的接线方式和保护方案。

[1]M.MAXWELL.Application of Capacitors .Electric utility Engineering Reference Book distribution systems[M].1959.

[2]ASEA CAPACITORS ①Power capacitor with internal fuses; ②Protection of High Voltage Power Capacitors.

[3]R.C.Andrei：A Novel Fuseless Capacitor Bank Design Using Conventional Single Bushing Capacitors[J].IEEE Transactions on Power Delvery,1999，14(3).

[4]杨昌兴，等.从统计数据看高压电容器装置接线方式[A].电力电容器学会论文集[C].2003.

[5]盛国钊等：对集合式并联电容器技术条件的探讨[J].高电压技术，1994，(1).

[6]张大立.一起大容量集合式电容器事故浅析[J].高电压技术，1995，(3).

[7]许伟.ZN4-10真空开关引起的集合式电容器的故障[J].电力电容器，1998，(4).

[8]W.Held，等.Internal Fuses in Modern High Voltage Capacitors[J].Electra，1974.33(10).

[9]田友元.关于并联电容器熔丝保护标准的异议和运行故障两则[A]，电力电容器学会论文集[C]，2002.

[10]李兴唐.介绍一种电容器专用喷逐式熔断器的新产品[J].电力电容器，1998，(4).

[11]周行星.华东500kV变电站并联电容器熔丝故障调查及反措施研究[A]，电力电容器学会论文集[C]，2004.

[12]J.E.Harder，等.Fuseless capacitor Banks.LEEE Transactions on Power Delvery，1992，T(2).